Тепловой расчет двигателя

Введение

Специалист по энергообеспечению предприятий АПК в своей практической деятельности нуждается в знаниях теоретических основ конструкции и проблем в эксплуатации поршневых двигателей внутреннего сгорания, насосов, вентиляторов, компрессоров. В технологических процессах сельскохозяйственного производства наиболее распространённым силовым агрегатом или тепловой машиной является поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Наиболее широко используют тепловую энергию, получаемую из органического и ядерного топлива. Большинство транспортных установок работают на жидком и газообразном топливе. На наземном транспорте наиболее распространены двигатели внутреннего сгорания. Благодаря своей компактности, экономичности, надёжности они достаточно долговечны в производстве, наилучшим образом адаптированы к технологическим процессам и условиям эксплуатации.

Исходные данные

марка двигателя Д-50Л;

номинальная мощность N_e=36,8 кВт (50 л.с.);

номинальное число оборотов n_н=1700 об/мин;

число цилиндров и их расположение i=4p;

степень сжатия ε =17,7;

коэффициент избытка воздуха α = 1,4;

топливо – дизельное с химическим составом: С = 0,86; H₂ = 0,13; O₂ = 0,01;

низшая теплота сгорания H_и = 41,7 МДж/кг.

Расчет параметров рабочего тела

Теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива:

Или:

Суммарное количество воздуха:

Суммарное количество продуктов сгорания будет состоять из продуктов сгорания при α=1 и избыточного воздуха, не участвующего в сгорании:

Избыточное количество свежего воздуха:

Суммарное количество продуктов сгорания:

Теоретический коэффициент молекулярного изменения:

Расчет параметров процессов впуска

Зададимся следующими параметрами заряда в процессе впуска:

давление атмосферное

абсолютная температура окружающей среды

температура подогрева заряда от стенок впускного тракта ∆Т=25°С.

для воздуха R=8314/28.97=287.

Давление в конце впуска:

Примем

Коэффициент наполнения:

Расчет параметров сжатия

Задаемся показателем политропы:

Параметры процесса сгорания

Действительный коэффициент молекулярного изменения:

где количество продуктов сгорания, кмоль; -количество свежего заряда, кмоль; - коэффициент теплоиспользования, равный 0,78; -низшая теплота сгорания дизельного топлива, равная 41,7 МДж/кг.

внутренняя энергия 1 кмоля свежей смеси в конце процесса сжатия:

где – теплоемкость свежей смеси при температуре конца сжатия.

Принимаем теплоемкость свежей смеси равной теплоемкости воздуха.

По таблице для находим:

Внутренняя энергия 1 кмоля воздуха при температуре сжатия:

Внутренняя энергия 1 кмоля продуктов сгорания в конце процесса сжатия при температуре сжатия включает в себя внутреннюю энергию продуктов сгорания при α=1 и внутреннюю энергию избыточного воздуха, т.е.:

Теплоемкость продуктов сгорания при α=1 находим по таблице:

Тогда внутренняя энергия продуктов сгорания при α=1:

Следовательно:

тогда:

Величина есть функция от температуры сгорания и теплоемкости. Уравнение решается методом подбора , для чего пользуемся таблицами. Получаем следующее, принимая =2300 °С:

Примем . Получим:

Искомое значение температуры сгорания

Степень предварительного расширения:

Максимальное давление сгорания:

Параметры процесса расширения

Степень последующего расширения:

Выбираем показатель политропы расширения

Давление конца расширения:

Определение индикаторных и эффективных показателей двигателя

Расчет среднего индикаторного давления цикла:

Принимаем коэффициент скругления индикаторной диаграммы тогда действительное среднее индикаторное давление:

Основные показатели цикла

Доля индикаторного давления, затраченного на трение и привод вспомогательных механизмов:

Примем, что средняя скорость поршня .

Среднее эффективное давление цикла:

Механический КПД:

Удельный индикаторный расход топлива:

Удельный эффективный расход топлива:

Индикаторный КПД цикла:

В старых единицах:

Эффективный КПД цикла:

Часовой расход топлива:

Основные размеры двигателя

Рабочий объем двигателя:

Рабочий объем одного цилиндра:

Обозначим отношение хода поршня S к диаметру цилиндра D:

Для дизельных двигателей К=0,85…1,4.

Принимаем К=1,15. Тогда:

Отсюда:

Заключение

Производство двигателей внутреннего сгорания в нашей стране для различных отраслей народного хозяйства, в том числе и для автомобилей, стало быстро развиваться после 1917 года.

Специфичность технологии производства двигателей и повышение требований к их качеству при всевозрастающем масштабе производства двигателей обусловили необходимость создания специализированных моторных заводов. Особое внимание в производстве двигателей уделяется унификации их узлов и деталей и развитию семейства унифицированных двигателей.

В связи с возникшей социальной проблемой – снижением токсичности отработавших газов и шума двигателей, а также с ограниченностью ресурсов органических топлив наряду с работами по совершенствованию находящихся на производстве автомобильных двигателей ведутся работы по применению других типов тепловых двигателей, а также электрических двигателей.

Список используемой литературы

1. Эфендиев А.М. – «Тепловые двигатели и нагнетатели», метод. указания, Саратов 2006 г.

2. Архангельский В.М. – «Автомобильные двигатели», М.: Машиностроение, 1977 г.

3. Нигматулин И.Н. – «Тепловые двигатели», М.: Высш. школа, 1974 г.